МОЩНЫЙ CO2-ЛАЗЕР

МОЩНЫЙ CO2-ЛАЗЕР 


RU (11) 2143772 (13) C1

(51) 6 H01S3/097 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 98107772/28 
(22) Дата подачи заявки: 1998.04.21 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 1998.04.21 
(45) Опубликовано: 1999.12.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Иванченко А.И. и др. Разработка и создание технологических CO2-лазеров мощностью 2-5 Квт // Применение лазеров в народном хозяйстве. - Труды Всесоюзной конференции. - М.: Наука, 1986, с.61-62. US 4457000 A, 26.06.84. JP 01246882 A, 02.10.89. JP 62200780 A, 04.09.87. 
(71) Заявитель(и): Институт теоретической и прикладной механики СО РАН 
(72) Автор(ы): Иванченко А.И.; Оришич А.М. 
(73) Патентообладатель(и): Институт теоретической и прикладной механики СО РАН 
Адрес для переписки: 630090, Новосибирск, ул.Институтская, 4/1, ИТПМ СО РАН 

(54) МОЩНЫЙ CO2-ЛАЗЕР 

Изобретение относится к области квантовой электроники, а также к областям физическая электроника и газовый разряд, и может быть использовано при разработке проточных лазеров. В электроразрядном лазере с двухмодульным поперечным разрядом, излучатель которого представляет собой замкнутый газодинамический контур, содержащий газоразрядный канал, теплообменник, прокачное устройство и переходные соединительные участки, участок от фронта электродов до входа в теплообменник выполнен в виде ступенчатого диффузора с металлическими разделительными стенками, установленными в плавно расширяющемся участке диффузора, при этом электродная система, металлические разделительные стенки и стенки участка диффузора с плавным расширением изолированы от корпуса . Технический результат изобретения - увеличение мощности и удельных энергетических характеристик лазера. 1 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к области квантовой электроники, а также к областям физическая электроника и газовый разряд и может быть использовано при разработке проточных лазеров.

Известны мощные газовые лазеры с поперечным потоком газа через разряд, например [1]. Его излучатель имеет замкнутый газодинамический контур, содержащий газоразрядную камеру, в которую вмонтированы электроды, теплообменник, прокачное устройство и переходные участки, соединяющие перечисленные элементы. Самое широкое поперечное сечение контур имеет на участке расположения теплообменника. Участок газоразрядной камеры от фронта электродов до своего заднего фронта, как правило, является плоским диффузором с углом раскрытия около 8o и степенью расширения 2. Типичная длина такого участка составляет величину L (8-9) D - поперечный размер канала на фронте перед электродами.

Недостатком этого лазера является ограничение по мощности или низкие удельные энергетические характеристики. Это относится, прежде всего, к мощным выше 1 кВт лазерам с относительно большим межэлектродным зазором. Для лазеров с двухмодульными электродными системами, где накачка среды осуществляется разрядами в параллельных потоках газа (см. рис. 1), этот недостаток является наиболее существенным. Длинные переходные участки, в частности диффузор газоразрядной камеры лазера, являются причиной этому. Типичные габариты излучателя составляют, как правило, величину около 3 м3 на 1 кВт мощности генерации. Путем уменьшения протяженности переходных участков габариты излучателя можно уменьшить до 1 - 1,5 м3/кВт, однако при этом увеличиваются затраты мощности на прокачку до 2,5-3,5 кВт излучаемой мощности. Тормозом к наращиванию мощности в таких лазерах являются большие потери давления на прокачку газа.

В качестве прототипа можно выбрать лазер типа ЛОК-З с двухмодульной электродной системой [2]. Двухмодульная электродная система представляет собой две газоразрядные системы в параллельных потоках газа. С электротехнической точки зрения лазеры такого типа обладают высокими удельными энергетическими характеристиками. Однако с аэродинамической точки зрения они не имеют преимуществ. Для того, чтобы увеличить мощность генерации лазера, требуется увеличить расходы газа через разряд, что требует соответственно увеличения габаритов излучателя. И лазеры ЛОК являются примером этому. Они генерируют ту же самую мощность, что и лазеры с одномодульной электродной системой с такими же расходами газа через разряд. Недостатками этого лазера являются ограничение по мощности и низкие удельные энергетические характеристики.

Задачей настоящего изобретения является увеличение мощности и удельных энергетических характеристик мощного лазера с поперечным разрядом.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в электроразрядном лазере с двухмодульным поперечным разрядом, излучатель которого представляет собой замкнутый газодинамический контур, содержащий газоразрядный канал, теплообменник, прокачное устройство и переходные соединительные участки: участок от фронта электродов до входа в теплообменник выполнен в виде ступенчатого диффузора с металлическими разделительными стенками, установленными в плавно расширяющемся участке диффузора, при этом электродная система, металлические разделительные стенки и стенки участка диффузора с плавным расширением изолированы от корпуса.

На чертеже представлена схема лазера мощностью 7-10 кВт.

Мощный CO2 - лазер содержит газодинамический контур, в нем: газоразрядный канал I, содержащий катоды 1 и анод 2; теплообменник 3, вентилятор 4 и элементы газового контура: поворотные колена, диффузоры и конфузор. Участок от переднего фронта электродов 1 до входа в теплообменник 3 представляет собой ступенчатый диффузор, в нем: участок L1 является диффузором с углом раскрытия 8; участок L2 - ступенчатый диффузор, в его плавно расширяющейся части - участок L3 установлены металлические разделительные стенки 5, скрепленные между собой металлическими пилонами 6. Электродная система и металлические стенки изолированы от корпуса, допускается слабая гальваническая связь с корпусом (порядка нескольких мегом).

Лазер работает следующим образом.

С помощью прокачного устройства осуществляется принудительная циркуляция газа по замкнутому контуру. В газоразрядном канале происходит передача энергии колебательным степеням свободы молекул газа и извлечение световой энергии с помощью оптической системы (не показана). Теплообменником 3 снимается избыточное тепло. В газоразрядном канале происходит также частичное преобразование статического давления в динамический напор. В результате динамический напор на заднем фронте увеличивается по отношению к динамическому напору на переднем фронте приблизительно в 2-3 раза. За фронтом газоразрядного канала поток газа является существенно неравномерным. Это связано со свойствами электрического разряда и наличием спутных следов за электродами. Гидромеханические потери давления на участке от фронта электродов до выхода из теплообменника являются неизбежными. С целью уменьшения гидромеханических потерь параметры участка выбираются так, чтобы потери были малыми и габариты приемлемыми. В этой связи применяется ступенчатый диффузор с разделительными стенками 5, установленными в плавно расширяющемся участке.

Применение ступенчатых диффузоров в аппаратах с прокачкой газа известно и способы их расчета описаны в научно-технической литературе. Путем применения ступенчатых диффузоров можно существенно сократить длину диффузора (применительно к данному предложению в 2,5-4 раза), причем с незначительным (около 10%) увеличением сопротивления. Однако они до сих пор не нашли применения в мощных лазерах по известным причинам, связанным с физикой и технологией газовых разрядов, таких как связь разряда с корпусом лазера через потоки ионизованного газа, выдуваемого из области разряда. Применение диэлектрических стенок неприемлемо по совокупности свойств, таких как толщина стенок, механическая прочность, эффекты взаимодействия с продуктами разряда и сложность технологии создания конструкции.

В таком устройстве обязательно возникает гальваническая связь электродов с корпусом контура через потоки ионизованного газа выносимого из плазмы разряда. Существует вопрос о надежности разряда, в частности об электрической прочности по отношению к корпусу. В данном случае повышение надежности осуществляется путем применения металлических разделительных стенок и путем изоляции стенок и электродной системы от корпуса лазера. Металлические стенки одновременно служат для снижения гидромеханических потерь и повышения электрической прочности разряда по отношению к корпусу, повышению его надежности.

В заявляемом лазере существенно уменьшаются габариты газового контура, но при этом потери давления на прокачку газа не увеличиваются.

Источники информации:

1. Патент США N4114114, МКИ H 01 S 3/097, 1978. R. J. Pressley and T. S. Fahlen Apparatus and methods for initiating electrical discharge in a laser.

2. А. И.Иванченко, В.В.Крашенинников и др. Разработка и создание технологических CO2-лазеров мощностью 2 - 5 кВт. //Применение лазеров в народном хозяйстве. Труды Всесоюз. Конф. М.: Наука, 1986.- С. 53 - 62 - прототип. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Мощный CO2-лазер с двухмодульным поперечным разрядом, содержащий замкнутый газодинамический контур с газоразрядным каналом, два катода и общий анод, теплообменник, устройство для прокачки газа, конфузор и диффузор, отличающийся тем, что диффузор, начиная от электродов до входа в теплообменник, выполнен ступенчатым, в плавно расширяющемся участке которого размещены металлические разделительные стенки, при этом электродная система, металлические разделительные стенки и стенки участка диффузора с плавным расширением изолированы от корпуса.



ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к лазерным квантовым генераторам, а именно лазеры и лазерное оборудование:

- твердотельные полупроводниковые лазеры

- газовые лазеры

- химические лазеры

- практическое применение в промышленности, науке и в быту газовых, твердотельных и химических лазеров.


Лазеры. Лазерное оборудование






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+газовый -лазер".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "лазер" будут найдены слова "лазеры", "лазерный" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("лазер!").



Рейтинг@Mail.ru